아노다이징 처리:아노다이징의 광채

아노다이징 공정은 특정 금속에 화려하고 안정적이며 내구성 있는 산화물 층을 형성할 수 있게 하여 기본 금속 기판에 대한 마모 및 부식 손상을 최소화합니다. 두꺼운 양극 산화층은 또한 표면 보호, 광택 및 미관을 더욱 향상시키기 위해 추가 착색 코팅층을 적용하기 위한 효과적인 베이스 역할을 합니다.

여기에서는 아노다이징 처리, 작동 방식 및 알루미늄, 티타늄 및 이와 유사한 금속 및 합금에 선호되는 금속 마감 공정인 이유를 살펴보겠습니다.

아노다이징 공정

아노다이징은 표면을 산성 용액에 담그고 양극 처리할 금속 물체에 전압 소스를 연결하여 금속 표면이 산소를 흡수하는 능력을 향상시키는 전기화학 공정을 포함합니다.

아노다이징 시연
출처:재스퍼 낸스

따라서 알루미늄, 아연, 카드뮴, 마그네슘 및 티타늄과 같은 금속 및 이들의 합금의 양극 산화는 각각의 금속 산화물(예:산화알루미늄, 산화마그네슘, 산화티타늄 등)의 단단한 층을 생성할 수 있습니다. 이러한 안정한 산화물은 산화 중에 녹이 슬어지는 철 표면의 경우에 관찰되는 박편 또는 탈락 경향 없이 금속 기재에 강력하게 부착됩니다. (아노다이징 및 기타 방법에 대한 소개는 모든 사람이 알아야 하는 가장 일반적인 금속 코팅 유형 5가지를 참조하세요.)

아노다이징의 분류

몇 가지 양극산화 분류가 있습니다.

경질 아노다이징

경질 양극산화 공정은 일반적으로 20 마이크로미터에서 100(또는 그 이상) 마이크로미터 정도인 더 두꺼운 산화막의 형성을 가능하게 합니다. 더 높은 산화막 두께는 DC 전압과 산 농도를 증가시키면서 더 낮은 온도에서 수조를 유지함으로써 달성됩니다.

경질 아노다이징은 단단하고 내마모성이 우수한 우수한 내식성 층을 생성합니다. 예를 들어, 5°C(41°F)의 황산 용액에서 양극 산화 처리된 알루미늄은 칙칙한 회색을 띠는 단단한 양극 산화막의 두꺼운 층을 생성하는 반면, 20°C(68°F)의 수조 온도에서는 ) 황산 용액은 부드럽고 얇은 양극 필름을 만듭니다.

황산 아노다이징

황산 아노다이징 공정을 통해 금속 기판에 정밀하게 제어된 양극 산화막 두께를 형성할 수 있습니다. 추가 색상 처리를 통해 원하는 색상 마감을 얻을 수 있습니다. 정확한 두께는 전압, 수조 온도 및 산 용액 조성의 선택을 통해 달성됩니다. 알루미늄 아노다이징의 경우 황산욕 용액이 일반적으로 사용됩니다.

크롬산 아노다이징

공정으로 인해 제품의 전체 피로 강도가 감소하지 않아야 하는 경우 크롬산 아노다이징이 주요 선택입니다. 양극산화층의 두께는 1~10마이크로미터입니다. 이것은 매우 얇은 산화막이 일관된 착색의 기반이 될 수 없기 때문에 외부 표면의 색상 일관성이 중요한 경우 선호되는 방법이 아닙니다.

항공기에서 고강도로 사용되는 알루미늄 합금은 종종 크롬산 아노다이징으로 아노다이징됩니다. 하지만 크롬(VI)을 함유하고 있어 독성으로 인해 규제에 따라 사용이 제한되어 있어 친환경적이지 못하다.

백색 아노다이징

백색 아노다이징 공정은 낮은 태양 흡수율 값을 갖는 산화막을 생성하기 때문에 우주 응용 분야에서의 적합성을 위해 연구되었습니다. 이러한 유형의 아노다이징에서 용액은 몰리브덴산나트륨, 글리세롤, 젖산 및 황산으로 구성됩니다. 최적의 필름 두께와 광학 색상 일관성은 수조 용액, DC 전압, 전류 밀도, 수조 온도 및 아노다이징 기간의 대체 제형의 영향을 연구하여 달성됩니다.

실리콘 아노다이징

합금에 규소가 포함되어 있으면 생성된 층은 회색과 불투명한 색상이 특징적이지만 마모와 부식에 더 잘 견딥니다. 이러한 유형의 아노다이징은 장식용이 아니라 보이지 않는 부분에 사용됩니다.

티타늄 아노다이징

티타늄 양극 산화는 고정된 값의 DC 전압을 적용하면서 희석된 황산 수조에서 수행됩니다. 티타늄 양극산화 공정을 최적화하기 위해 양극 산화막 두께 및 색상 특성에 대한 공정 기간, 산 용액 조성, 수조 온도 및 전류 밀도와 같은 공정 변수의 영향이 연구되었습니다. (관련 자료:티타늄 부식에 대해 알아야 할 5가지 사항)

정형 외과용 티타늄 합금 양극 처리

아노다이징은 생체 의학 임플란트 응용 분야에 사용되는 티타늄 합금 표면에 나노 구조의 양극 산화막을 형성하는 한 가지 방법입니다. 이 과정에서 산화물 층의 두께와 층을 구성하는 기공의 지형과 같은 기타 특성의 미세 조정이 가능합니다.

티타늄 합금 기반 정형외과 임플란트는 황산 용액에서 양극 산화 처리를 통해 색상으로 구분됩니다. 한 연구에 따르면 색상으로 구분된 임플란트를 불산 용액에서 다시 양극산화하면 임플란트가 환자의 뼈 성장을 촉진할 가능성이 있습니다.

치과, 정형외과 및 기타 응용 분야에 사용되는 임플란트 및 장치의 양극 산화 표준 색상 코딩은 구성 요소의 빠른 인식, 정확하고 빠른 조립을 촉진하고 의료 절차를 용이하게 합니다. 이러한 이점은 항공우주 분야에 사용되는 양극산화 처리된(색상으로 구분된) 티타늄 합금 구성요소의 조립에도 적용됩니다.

마그네슘 아노다이징

마그네슘 양극 산화는 알칼리가 풍부한 전해질에서 수행됩니다. 배스 포뮬레이션은 표면에 형성된 피막이 높은 내식성, 내염수성, 내마모성 및 미적 마감을 갖도록 합니다.

마그네슘의 양극 산화막 형성은 전압에 직접적인 영향을 받습니다. 낮은 인가 전압에서 마그네슘을 아노다이징하면 적절한 부식 방지 기능이 있는 산화막이 생성되지 않으므로 더 높은 DC 전압이 필요합니다. 새로운 아노다이징 공정은 마그네슘 기판에 내마모성 세라믹 산화막을 생성하기 위해 스파크 방전 에너지를 채택했습니다. (세라믹 코팅은 세라믹 코팅의 상위 5개 응용 분야 기사에서 논의됩니다.)

아노다이징의 화학

아노다이징 과정에서 금속 가공물(예:알루미늄)과 금속 음극(종종 아연이 음극으로 사용됨) 사이에 DC 전압이 가해집니다. 산 용액의 물 입자는 양극 근처에서 분해되어 양극에서 수집된 산소를 생성합니다. 풍부한 산소는 알루미늄과 반응하여 산화알루미늄(Al₂ O₃ ).

2Al + 3H₂ 알₂ O₃ + 6H ⁺ + 6e ^-

기판 위에 알루미늄 산화물의 얇은 층이 빠르게 형성되고 더 느린 속도로 다공성 구조의 두꺼운 산화물 층이 형성됩니다. 알루미늄 표면에는 양극 산화물의 얇은 층이 이미 존재할 수 있지만 이 얇은 층은 손상되기 쉽고 강한 부식 및 내마모성을 보장할 수 없습니다.

양극 산화는 요구 사항에 따라 양극 산화 피막의 두께 및 기타 특성을 향상시킵니다. 이러한 양극 산화막 매개변수는 특정 서비스 조건(예:화학 산업 또는 해안 지역 근처에서 볼 수 있음)에 맞게 조정할 수 있습니다. 산화피막의 기공도가 허용되지 않을 때마다 비산성 중성욕에서 양극산화하여 비다공성 피막을 생성할 수 있습니다.

사전 처리 처리

아노다이징 전 전처리에는 철저한 세척과 에칭이 포함됩니다. 작업물은 오염된 상태로 수령될 수 있으므로 적절한 청소가 필요합니다. 에칭은 수산화나트륨 용액에서 수행할 수 있습니다. 적절하게 에칭된 표면은 양극 산화 후 긁힘과 같은 표면 결함을 나타내지 않습니다.

후처리 착색 및 밀봉

마그네슘의 경우, 아노다이징은 종종 후속 착색 또는 페인팅 공정을 위한 준비로 사용됩니다. 종종 염료는 양극 산화 처리된 표면을 착색하는 데 사용되며 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 코팅은 내마모성을 개선하고 마찰을 줄이는 데 사용됩니다. 색상은 식별을 용이하게 하고 미학을 개선하는 데 사용됩니다.

후속 밀봉 공정은 기공을 막음으로써 양극 산화막의 안정성에 기여하여 마모 및 찢어진 염수 및 심해 환경과 관련된 부식에 저항할 수 있습니다.

단, 티타늄 아노다이징의 경우 아노다이징 공정 파라미터를 직접 미세 조정하여 색상 마무리가 이루어지기 때문에 별도의 착색 공정이 없습니다.

알루미늄 아노다이징의 경우 아노다이징 탱크의 산성 용액에 넣기 전에 공작물을 세척하고 에칭합니다. 양극으로 연결되고 음극 단자는 전기 회로의 음극판(또는 막대)에 연결됩니다. 회로의 전류 흐름은 알루미늄 기판이 물에서 방출된 산소와 반응하여 기판에 강하게 부착되는 산화알루미늄을 생성하도록 합니다. 양극 산화알루미늄의 기공은 표면 깊숙이 형성되어 부식 환경으로부터 표면을 보호하는 강력한 차단막을 생성합니다. 회로의 단자에 전압이 가해지는 한 산소는 계속해서 알루미늄을 관통하고 산화시켜 더 두껍고 강한 차단막을 생성합니다. 설계된 필름 두께에 도달하면 전원이 꺼집니다.

착색이 필요한 경우 별도의 용기에 염료를 준비하고 물 헹굼 후 양극 처리된 공작물을 용기에 넣습니다. 착색 후 양극 산화 처리 및 염색된 공작물을 뜨거운 물에 넣어 밀봉합니다. 씰링 공정은 미적 착색의 금속성 광택과 내구성을 더합니다. 표면이 에칭됨에 따라 착색된 표면에 떨어지는 광선은 부분적으로 착색되지 않은 기공에 의해 부분적으로 반사되고 부분적으로는 착색된 기공에 의해 반사되어 사용된 착색의 내구성 있는 금속 광택을 유지합니다. 이것이 바로 장식용으로 양극산화 처리된 알루미늄이 인기 있는 이유입니다.

아노다이즈드 금속의 주요 용도

양극 산화 티타늄은 의료 기기 및 항공 우주 응용 분야에 사용됩니다. 이 금속을 아노다이징하는 것의 장점은 벌크 금속의 기계적 특성을 변경하지 않는다는 것입니다. 아노다이징 처리로 조립 및 후속 사용 중에도 부품 및 구성 요소를 쉽게 식별할 수 있습니다.

알루마이트 처리된 알루미늄은 해양 환경 근처, 창틀 및 대형 건물 및 상업 단지의 근막에 적합합니다. 장식 및 미적 목적을 위해 산화막은 투명하고 칙칙하지 않아야 합니다. 장식적인 마감이 필요한 곳에서는 목욕 온도를 제어해야 합니다.

양극 처리된 금속은 다음 용도로도 사용됩니다.

• 미학적 장식품, 예술 작품, 건축 구조물 및 부품
• 자동차 및 항공기 부품
• 고급 가구, 스포츠 장비
• 주방 가전, 식품 제조 기계 부품
• 건물 건설에 사용되는 구성요소

아노다이징 장비

아노다이징 공정에 필요한 DC 전원은 정류기를 통해 공급됩니다. 몇 년 전, 모터-제너레이터 세트(MG 세트)는 AC 전력을 DC로 변환하는 데 사용되었습니다. 필요한 전압은 24볼트에서 70볼트 DC까지 다양할 수 있습니다. 최신 전력 장비는 내식성이 높은 양극 필름을 생산하는 데 필요한 펄스 전류를 공급할 수 있습니다. 한 제조업체는 펄스 전류(마이크로프로세서 기반 제어 포함)가 표면 온도를 낮게 유지하면서 더 높은 전류 밀도로 생산 속도를 증가시켜 냉동 요구 사항에 대한 부하를 감소시킨다고 주장합니다.

온도 조절 장비는 아노다이징 공정에서 열에너지(발열 전기화학 반응)가 발생하기 때문에 냉각 시스템이 필요합니다. 이는 수조 온도를 상승시키지 않고 흡수되어야 합니다.

전해액은 공기 블로잉 시스템에 의해 교반되어 욕조 전체의 온도가 균일합니다. 아노다이징 탱크에 장착된 추출 장치는 음극 부근에서 지속적으로 생성되는 수소와 산성 미스트를 제거합니다.

양극 산화 탱크는 납으로 라이닝된 경우 음극으로 사용할 수 있습니다. 일부 유형의 양극 산화에서는 양극 면적 대 음극 면적 비율을 제어하는 ​​것이 중요하기 때문에 대부분의 경우 별도의 음극이 탱크 길이를 따라 배치됩니다. 황산 수조의 경우 알루미늄 음극은 납 전극보다 장점이 있습니다. 강철로 만들고 네오프렌 고무 또는 내산성 폴리머로 라이닝된 탱크가 일반적으로 이 용도에 선호됩니다.

아노다이징 정의 및 방법

화학적 아노다이징 절차는 모든 응용 분야에서 동일하지만 기계적 공정은 사용되는 금속의 물리적 유형 및 모양에 따라 다릅니다.

배치 아노다이징은 일련의 처리 탱크에 랙 조각을 잠그는 것을 수반합니다. 일괄 양극산화 처리된 물체에는 압출, 시트 또는 구부러진 금속 조각, 주물, 조리기구, 화장품 케이스, 손전등 본체, 가공 알루미늄 부품 등이 있습니다.

연속 코일 아노다이징은 사전 압연된 코일을 연속적으로 풀고 선적 및 제조를 위해 되감기 전에 일련의 아노다이징, 에칭 및 세척 탱크를 통과하는 것을 포함합니다. 이 기술은 조명 기구, 반사판, 루브르, 단열 유리용 스페이서 바, 연속 루핑 시스템을 고용량 시트, 호일 및 덜 심한 형태의 제품으로 만드는 데 사용됩니다.

결론

양극 산화는 금속 가공물을 양극으로 연결하고 표면에 양극 산화 피막을 형성하기 위해 화학 (산성) 용액의 전해질에 담그는 금속 마감 공정입니다. 이 필름은 안정적이고 마모 및 부식에 강하며 식별 또는 미적 목적에 필요한 추가 착색의 기초로도 사용됩니다.

산화막 매개변수는 인가된 DC 전압, 공정 기간, 전해질 화학 및 수조 온도와 같은 공정 변수의 영향을 받습니다. 양극 산화 티타늄 부품은 정형 외과 임플란트에 사용되지만 양극 산화 알루미늄과 티타늄 부품은 중요한 항공 우주 응용 분야에 사용됩니다. 또한 양극 산화 처리된 금속은 우아하고 내구성이 뛰어나며 내후성 때문에 다양한 산업 및 건축 용도로 사용됩니다.